Na rysunku 1 pokazano jak protokół DHCPv4 działa w trybie klient/serwer. Gdy klient komunikuje się z serwerem DHCPv4, serwer przypisuje lub dzierżawi adres IPv4 temu klientowi. Klient łączy się z siecią używając wydzierżawionego mu adresu IP do czasu wygaśnięcia dzierżawy. Klient musi kontaktować się co pewien czas z serwerem DHCP by móc przedłużyć dzierżawę. Mechanizm ten zapewnia, że klient, który ma wyłączone zasilanie lub zostanie przeniesiony do innej sieci, nie przetrzymuje adresu, którego nie potrzebuje. Jeżeli dzierżawa wygaśnie, to serwer DHCP zwraca adres do puli, skąd w razie potrzeby, może ponownie go użyć, przypisując innemu komputerowi.
Rozpoczęcie dzierżawy
Kiedy klient zostaje uruchomiony (lub przyłącza się do sieci), to rozpoczyna się czterokrokowy proces uzyskania dzierżawy. Jak pokazano na rysunku 2, klient rozpoczyna proces za pomocą wiadomości typu broadcast DHCPDISCOVER z własnym adresem MAC, by wykryć dostępne serwery DHCPv4.
DHCPDISCOVER
Komunikat DHCPDISCOVER wyszukuje serwery DHCPv4 w sieci. W związku z tym, że klient nie posiada informacji IPv4, to do komunikacji z serwerem używa adresów rozgłoszeniowych zarówno w warstwie 2 jak i 3.
DHCPOFFER
Gdy serwer DHCPv4 otrzymuje wiadomość DHCPDISCOVER, rezerwuje jeden z dostępnych adresów IPv4, przeznaczając go do dzierżawy klientowi. Serwer tworzy również wpis ARP składający się z adresu MAC klienta oraz dzierżawionego adresu IPv4. Jak pokazano na rysunku 3, serwer DHCPv4 wysyła wiadomość DHCPOFFER do klienta. Komunikat DHCPOFFER jest wysyłany trybie unicast i korzysta z adresów w warstwie 2 MAC jako adresu źródłowego (serwera) i adresu docelowego (klienta).
DHCPREQUEST
Gdy klient otrzymuje komunikat DHCPOFFER z serwera, wysyła zwrotną wiadomość DHCPREQUEST, tak jak pokazano na rysunku 4. Ten komunikat jest używany zarówno do uzyskania dzierżawy jak i jej odnowienia. Przy rozpoczęciu dzierżawy komunikat DHCPREQUEST służy jako powiadomienie o akceptacji przypisania do wybranego serwera i jego zaoferowanych parametrów oraz o odmowie dla innych serwerów, które mogły wysłać klientowi ofertę przypisania adresu.
Sieci firmowe wykorzystują wiele serwerów DHCPv4. Komunikat DHCPREQUEST jest wysyłany jako rozgłoszenie informujące serwery DHCPv4, że oferta adresowania została zaakceptowana.
DHCPACK
Po otrzymaniu komunikatu DHCPREQUEST, serwer sprawdza informacje dotyczące dzierżawy za pomocą polecenia ping (ICMP) wysłanego na dany adres, aby upewnić się, że nie jest on już używany, potem tworzy nowy wpis w tablicy ARP oraz odpowiada wiadomością typu unicast DHCPACK, jak pokazano na rysunku 5. Komunikat DHCPACK jest duplikatem komunikatu DHCPOFFER ze zmienionym typem wiadomości. Jeżeli klient otrzymuje wiadomość DHCPACK, to rejestruje informacje o konfiguracji i wykonuje poszukiwanie ARP dla przypisanego adresu. Jeśli nie ma odpowiedzi na ARP, to klient wie, że adres IPv4 jest prawidłowy i zaczyna używać go jako własny.
Odnowienie dzierżawy
DHCPREQUEST
Na rysunku 6 przedstawiono sytuację w której dzierżawa wygasła, dlatego klient wysyła wiadomość DHCPREQUEST bezpośrednio do serwera DHCPv4, który pierwotnie zaoferował mu adres IPv4. Jeśli klient nie otrzyma komunikatu DHCPACK w określonym czasie, to wysyła on kolejny komunikat DHCPREQUEST, dzięki czemu jeden z innych serwerów DHCPv4 może przedłużyć mu dzierżawę.
DHCPACK
Po otrzymaniu komunikatu DHCPREQUEST serwer sprawdza informacje dotyczące dzierżawy i wysyła informację zwrotną za pomocą komunikatu DHCPACK, co pokazano na rysunku 7.